基于“物理模型”在“电的磁感应”教学中的建构探讨.docVIP

第 PAGE 页 基于“物理模型”在“电磁感应”教学中建构剖析 　　物理模型是中学物理知识、思维方法载体，是根据所研究问题需要，把实际研究对象及其状态过程等进行合理抽象一种简化描述与模拟[1]。基于问题解决角度，可将物理模型划分为理想模型与理论模型这两类[2]。此外，还可以将物理模型分为实体物理模型、状态物理模型与过程物理模型[3]。 　　物理学发展史是科学家们大胆质疑、猜想、构思与不断创新科学模型且不断完善过程[4]。而物理模型建立是抽象思维与形象思维相结合、统一结果，是在以科学知识与实验事实为依据，经过一系列科学方法（如剖析与综合、抽象与概括、演绎与推理等）逻辑推理认证基础上建立，是知识与思维产物[5]。因此，构建物理模型不仅有助于学生形成完整知识体系，而且还能培养学生创新思维能力。 　　当前高中物理教学偏重于概念形成，规律掌握，而对于物理模型建构一直处在被忽视状态，即使有也是简单机械，局限于模型定义与数学公式推导而已，缺乏科学指导。 　　由于电磁感应中综合应用知识倚重于物理模型建构，故下面就浅述构建物理模型流程及针对电磁感应不同研究对象建构几种有效模型，以期帮助学生建构“电磁感应”物理模型，培养学生创新思维能力。 　　1 物理模型建构设计 　　物理模型由“思维方法”“理论内涵”与“表征方式”三个基本要素构成。其中，思维方法有“理想化方法”“类比方法”“极限方法”与“等效方法”等，理论内涵则包括“物理现象”以及“概念与规律”，而表征方式指是物理模型呈现方式，通常以文字、数学表达式与图形方式呈现。教师在引导学生构建物理模型教学中，一定要遵循物理模型特点，借助于物理方法，依据物理理论，显现于物理表征，逐步完善深入学习[6]。 　　图1是构建物理过程基本流程，指导学生建模时可适当参考。 　　构建物理模型流程图具体剖析： 　　（1）模型表征阶段 　　确定研究对象，预设构建模型类型，剖析对应状态：如平衡态与非平衡态；研究运动过程：直线运动、平抛运动、圆周运动还是一般曲线运动；同时兼顾相互作用对象之间关联：如速度关联、加速度关联、位移关联与受力关联等。剖析时可借助方程、数学关联表达式、示意图等来表征这些变量。 　　（2）模型形成阶段 　　正确运用运动学规律、牛顿运动定律、功能关系与能量守恒定律关系，通过这些表达式来反馈构建过程。表达式通常有三种类型：状态表达式、过程表达式与相互作用关联表达式。对于状态，无非是平衡态与非平衡态。是平衡态，则合外力一定等于零；是非平衡态，则合外力等于物体质量与加速度乘积。而过程表达式可以根据功能关系或者能量守恒定律来表示。相互作用关联表达式则是寻找受力关系、加速度关系、速度关系、位移关系等。 　　（3）模型深化阶段 　　引导学生辨别与剖析不同物理模型表征方式，体会构建物理模型思维过程，剖析模型包含物理现象及概念与规律，深刻理解模型内涵。 　　（4）模型应用阶段 　　运用不同物理模型来解决相应物理问题，例如，“电磁感应”中力学模型、“电磁感应”中电路模型、“电磁感应”中能量模型、“电磁感应”中图像模型等。建模型，关注生活，服务于社会。 　　2 建构“电磁感应”知识物理模型 　　2.1 建构“电磁感应”中动力学模型 　　第一，模型表征 　　如图2所示，以图形“导轨+杆”形式呈现，研究对象有电学对象与力学对象，通常力学对象是导体棒，而电学对象是导体棒与导轨构成整个闭合回路。 　　第二，构建模型过程 　　构建这类模型关键在于通过对力学对象运动状态（例如，加速度最大或最小、速度最大或最小一些临界状态）、运动过程与相互作用关联进行剖析，完成建模目标，即确立研究对象状态方程、过程方程及相互作用约束方程。 　　①状态剖析：两种状态及处理方法（如表1所示） 　　②建立力学对象与电学对象间关联（如图3所示）：在电磁感应动力学模型中，电磁现象与力现象相互关联、影响及制约，其模型形式为：导体相对于磁场运动―发生电磁感应―产生感应电动势―在闭合电路中产生感应电流―电流在磁场中受到安培力―阻碍导体相对运动。 　　③思维方法：解决“电磁感应”中动力学模型一般思路是“先电后力”，具体思路如图4所示： 　　2.2 建构“电磁感应”中电路模型 　　1.模型表征：闭合导体回路中由于磁场发生变化或者回路中一部分导体做切割磁感线运动而导致穿过回路磁通量发生了变化，回路中产生了感应电动势，则回路中就有了电流。根据导体回路结构关系，讨论电流、电压、功率、电功、焦耳热等类问题，当然可能进一步会涉及电磁感应动力学模型。 　　2.建模过程：明电源，画电路，用规律 　　第1步：确定电源 　　（1）判断产生电磁感应现象那一部分导体（电源）； 　　（2）利用E=n（法拉第电磁感应定律）或E=BLvsin